钢结构模块新型自锁-可解锁式连接节点的抗拉研究

为提高建筑用钢结构模块的施工效率、实现模块单元的快捷装配与拆卸,提出一种新型自锁-可解锁式连接节点方法,用Abaqus数值模拟软件建立了节点的精细化与半精细化有限元模型,探究了摩擦因数对节点抗拉承载性能的影响。选取上限位板厚度、下限位板厚度和上部滑块宽度为关键参数进行有限元模拟,研究各参数对节点抗拉承载力及破坏模式的影响。最后与实际节点抗拉承载力进行对比。结果表明:当摩擦因数为0.3时,新型节点承受最大拉力为1345.49 kN,较角件旋转式连接节点提升约为152%。节点抗拉承载力受上部滑块宽度影响较大,受上限位板厚度与下限位板厚度影响相对小。当上、下限位板厚度均为25mm时,在10~12mm内增加上部滑块宽度可提升节点承载拉力。

新型模块化钢结构插入式连接节点受力性能研究

为推广钢结构集成模块在高层建筑及抗震设防区域的应用,提出了一种具有附加耗能的新型全装配模块化钢结构插入式连接节点,节点采用T型连接件代替传统焊接连接实现模块单元全装配,连接件与摩擦板进行相对滑移提供附加耗能。根据节点受力及变形机理,推导其初始转动刚度理论公式。建立半装配与全装配模块化钢结构插入式连接节点的精细化数值模型,对比分析两种节点的滞回曲线、耗能能力及应力应变分布规律。结果表明,全装配插入式节点具有饱满的类平行四边形滞回曲线,其初始转动刚度理论计算值与数值结果吻合良好,有效验证了节点刚度公式的准确性。与半装配插入式节点相比,全装配插入式节点最大承载力降低约26.59%,整体能量耗散系数最大增加约70.06%,可通过T型连接件将塑性损伤转移至预设区域,保护主要构件并实现损伤可控,显著提高节点的抗震性能。

模块化钢结构梁柱子结构抗连续倒塌性能研究

模块化钢结构作为一种高度预制的装配式建筑,具有工业化程度高、绿色节能环保等优点。但是,由于模块化钢结构体系超静定次数较低,其在极端荷载工况下的抗连续倒塌性能应予以特别关注。模块化钢结构梁柱子结构作为主要的传力路径,具有多梁多柱等有别于传统框架梁柱子结构的特点,需对其抗连续倒塌性能开展研究工作。该文针对采用螺栓-角件连接节点的模块化钢结构梁柱子结构进行Pushdown试验及数值模拟,分析了在双柱失效、单柱失效工况下试件的破坏模式和抗连续倒塌机理。结果表明,梁柱子结构在两种工况下的受力机理不同:在双柱失效工况下,梁柱子结构抗力主要由梁机制提供,加载后期抗力提供方式体现出一定的悬链线机制,并随水平连接板厚度的增加而增强;在单柱失效工况下,子结构抗力主要由模块间水平连接抗剪能力提供,由梁机制及悬链线机制提供的抗力较小。

箱式钢结构模块机械自锁节点力学性能研究

箱式钢模块建筑中柱连接节点因空间限制存在施工困难的情况。提出了一种机械自锁式钢模块建筑连接节点,对其进行了足尺模型的静力加载试验,研究节点的变形发展过程、破坏形态、节点承载力。同时,采用有限元软件Abaqus模拟节点受力破坏过程,并进行节点竖向荷载及水平承载力相关性、节点安装误差对节点承载力影响的参数化分析。试验及计算结果表明:机械自锁式可拆装钢模块连接节点受力机制明确,节点受拉承载力由销键受剪提供,节点受剪承载力由角件外柱壁局部弯剪提供;节点竖向压力对节点受剪承载力影响较小,竖向拉力对节点受剪承载力影响显著;节点水平Y向安装误差,对节点受拉、受剪承载力影响较小,节点水平X向安装误差对节点受剪承载力影响显著。对节点受拉破坏机制进行研究,为该节点受拉承载力公式的建立提供了理论依据。

灌浆插筋式模块钢结构连接节点力学性能试验研究

针对模块钢结构建筑间的连接问题,提出了一种新型的由钢筋与CGM灌浆料组成的灌浆插筋式模块钢结构连接节点形式,并采用试验和理论分析的方法,对节点柱的轴压性能、轴拉性能和抗弯性能进行了深入研究,提出了相应的承载力计算方法.研究结果表明:①在轴向压力作用下,此节点上下两侧空钢管发生屈曲破坏,轴压承载力约为钢管截面屈服承载力的97%,表明此节点具有较好的抗压承载能力;不同钢筋直径试件的荷载-位移曲线基本一致,表明节点的抗压承载力与钢筋直径无关;②在轴向拉力作用下,试件在节点的连接缝隙处发生分离,灌浆料表面呈现了斜向裂缝;在钢筋直径为14~18 mm的范围内,构件的极限抗拉承载力为钢管极限承载力的28%~32%,并且随着钢筋直径的增大,试件的极限抗拉承载力增大、延性减小;③在弯矩作用下,试件一侧受拉、另一侧受压,在节点的连接缝隙处钢管发生分离,受拉区灌浆料形成斜向裂缝;在钢筋直径为14~18 mm的范围内,构件的抗弯承载力为钢管承载力的37%~47%,并且随着钢筋直径的增大,试件的极限抗拉承载力增大、延性减小,试件的屈服位移和极限位移均增大.

模块化钢结构建筑平面布局方案智能生成式设计方法

为研究模块化钢结构建筑平面布局方案的智能生成式设计方法,分别基于平面可行域的有限离散化、不同的变量定义方法、约束条件和目标函数,形成了多目标非线性约束整数规划问题和线性整数规划问题,并分别提出了基于遗传算法和平面密铺算法的求解方法。通过一例基于L形平面可行域的数值算例,阐释了所提出方法的可行性和有效性。数值算例结果表明,在相同目标函数下的模块化钢结构建筑布局方案最优解不唯一;基于遗传算法的智能生成式方法可在较小的计算代价下得到较优的可行解,并可为模块单元尺寸的选型提供依据;基于平面密铺算法的智能生成式方法适应于不同的模块单元集,并在给定模块类型的基础上给出模块单元总数最低的布局方案。通过对比2种智能生成式方法的寻优结果,建议采用基于遗传算法的智能生成式方法初步确定模块单元的尺寸,并进一步结合2种智能生成式算法求解不同的最优平面布局方案。

考虑墙板系统影响的钢结构模块化建筑抗倒塌性能

钢结构模块化建筑是一种新兴的建筑结构体系,由多个标准的模块化单元组成,具有施工速度快、质量可控等优点。然而,目前对于模块化钢结构的研究还不够深入,特别是有关其抗倒塌性能的研究较少。通过有限元分析软件ABAQUS研究了钢结构模块化建筑在单个角模块、2个边模块和4个内模块失效时的抗倒塌性能,包括最终变形模式、荷载-位移曲线和节点内力变化等。同时,研究了墙板厚度对结构抗倒塌承载力及倒塌过程中内力重分布的影响。结果表明:3种模块失效工况下,墙板系统对结构抗倒塌承载力的贡献率均在45%~70%之间;当墙板厚度超过某个临界值后,再增加其厚度对抗倒塌贡献率的影响很小。同时,墙板厚度的增加限制了模块间连接节点拉力的发挥,甚至会导致节点内出现压力。

大型钢结构模块吊装索力监测调整技术研究

某核电项目大型钢结构模块吊装采用销轴传感器进行索力监测,采用液压动力调整装置进行索力调整,有效解决了大型钢结构模块吊装中索力精度要求高、调整难度大的问题,在短时间内将索力调整至10%的精度范围,保证了大型钢结构模块吊装的质量安全,可为同类工程施工提供参考。

多层钢结构模块建筑筒体结构受力分析与仿真

在地震荷载作用下,建筑物内部结构会出现不同程度形变,严重时甚至会有倒塌危险。因此,研究了多层钢结构模块建筑筒体结构的受力性能。利用薄壳理论得出筒体的挠度、转度、弯矩与剪力等参数,确定模型及其边界条件,利用ABAQUS、插值算法选取恰当的有限元单元,采用整体式方法划分有限元单元,构建完成筒体结构有限元模型。当筒体结构与刚度分布均匀时,选用振型分解反应谱算法分析筒体结构受力性能,反之,则选用时程分析算法分析其受力性能。实验结果表明,在水平、垂直方向施加荷载时,筒体结构会经历弹性、弹塑性强化与塑性变化过程,在1100KN时筒体产生负刚度,且存在剪力滞后效应。

钢结构模块化建筑深化设计中BIM信息的传递与应用

钢结构模块化建筑深化设计中存在大量的零件、构件、分总成和总成,在BIM设计中,如何传递这些信息,成为制约装配式深化设计效率的关键因素。本文基于BIM Revit平台应用程序,通过进行二次开发,实现达成信息传递和信息优化,提出了信息思路和方法,优化了设计流程,提高了30%~40%的设计工作效率。

模块化钢结构建筑体系应用与研究进展

近年来,模块化钢结构建筑以其施工高效、绿色环保等优点,逐渐成为国家大力推广的新型装配式建筑体系,国内外学者针对模块化钢结构建筑受力性能做了大量研究。从模块连接节点、模块单元抗侧力体系、模块柱受力性能、结构整体性能分析等方面,系统综述了近年来模块化钢结构建筑体系的应用与研究成果。结合现有模块化钢结构建筑相关规程和标准,给出该领域的研究方向及未来发展趋势,为工程实践和科学研究提供一定参考。

模块化钢结构全装配可吊装节点设计

随着建筑工业化和绿色建筑的不断发展,模块化钢结构成为建筑工业化的新型代表,其发展前景广阔。模块间连接节点设计是模块化钢结构建筑设计的关键一环,然而当前模块间节点设计存在吊装适配度低、现场安装不便、缺少易于装配的节点等问题。围绕提出的模块化钢结构全装配可吊装节点(FPLC),系统介绍了其轴心受力性能、抗剪性能和抗震性能。此外,分析了当前政策对模块化钢结构的引导和促进作用,并指出其面临的问题与挑战,以期促进模块化钢结构建筑的发展应用。

钢结构模块建筑挤压式竖向自锁连接节点设计研究

在“双碳”背景下,具有工厂预制、快速建造、绿色低碳、可循环使用等优点的钢结构模块建筑已成为建筑工业化的发展热点。该建筑体系中节点设计对现场施工效率有着重要影响。针对钢结构模块建筑角柱连接节点,借鉴弹簧卡扣的基本原理,进行了既兼顾节点受力需求又构造简单的自锁式连接节点设计研究。系统论述了该节点的基本原理、构造及强度设计、加工制作方法等,采用有限元数值模拟软件对该节点的基本受力性能进行了分析研究;分析了该节点的优缺点,给出了现场施工安装方法,同时提供了解锁构造设计及水平互联竖向自锁节点构造设计等附加功能构造设计。该节点在满足受力需求的前提下,具有原理清晰、构造简单、不需要施工操作空间、无需留设施工孔、无开洞削弱、可快速装配等优点,为钢结构模块建筑的节点设计和研究提供了有益参考。

含减振子结构的模块化钢结构栈桥减振控制分析

为分析模块化钢结构栈桥水平方向减振控制,提出一种新型的结构体系—含减振子结构的模块栈桥结构。通过设计,用半刚性节点将带式输送机与栈桥主体结构相连接,在带式输送机底部与栈桥主体结构之间设置黏滞阻尼器,将带式输送机转变为减振子结构,形成含减振子结构的模块栈桥结构。采用有限元分析方法,在频域内以控制栈桥主体结构和带式输送机水平方向振动响应为目标,对半刚性节点刚度、阻尼系数进行参数分析,计算结果表明存在最优参数,可使模块栈桥水平方向振动得到控制。在时域内将含减振子结构栈桥设定为最优参数,分析其在风荷载作用下的减振效果。结果表明:这种体系能够较好地控制结构风振响应;存在最优的半刚性节点刚度系数和阻尼器阻尼系数,可以明显减小栈桥主体结构和带式输送机的风振动力响应。

钢结构模块建筑非对称冷弯薄壁型钢柱轴压承载性能研究

随着建筑工业化进程加快,钢结构模块建筑得到快速发展,其中低多层钢模块建筑常采用冷弯薄壁轻钢结构体系。对轻型模块柱常用的非对称冷弯薄壁“C”型单柱,以及常见的长肢拼合、短肢拼合和四肢拼合模式下的组合模块柱开展了模拟实际拼接边界条件的轴压试验研究,得到了模块柱的初始缺陷特征、轴压失效模式和承载性能。轻型模块柱初始缺陷主要体现为外伸肢的向内或向外鼓曲变形;轴压承载时均产生外伸长肢的弯曲变形,进而引发轻型模块柱产生弯扭失稳破坏;长肢拼合柱轴向承载性能最弱,且外伸长肢的稳定性能为影响模块柱轴压性能的主要因素。该结论可为钢结构模块建筑中轻钢模块柱的承载力设计计算及构造设计提供重要参考。

钢结构模块建筑梁柱节点抗震性能分析

在钢结构模块建筑的设计与施工中,梁柱节点的抗震性能对整体结构安全至关重要。本研究通过有限元分析软件ANSYS对钢结构模块建筑中的梁柱节点进行了系统的抗震性能分析。考察了节点域是否开洞以及轴压比变化对节点初始刚度、承载力和破坏模式的影响。结果表明,所研究的节点表现出半刚性特性,其初始刚度约为相同截面刚性节点的55%~60%。开洞处理对节点的初始刚度及承载力并无显著影响;然而,随着轴压比的增加,节点极限承载力及其屈服荷载有明显下降趋势。

“钢结构模块化建筑”在周转型保租房产品中的应用

保租房是保障性住房重要组成部分,在当前科技发展迅速和环保理念逐渐深入人心的背景下,周转型保租房产品将成为新的研发方向,它是进一步把钢结构模块化建筑发挥到极致的体现,是资源可持续发展方向的结晶。本文将深入探讨钢结构模块化建筑在周转型保租房中的应用综合体现。

箱式钢结构集成建筑教学楼功能模块产品探索

本文针对箱式钢结构集成建筑在学校建筑中的应用进行探索。该体系从产品化思维的角度,采取DFMA(面向制造和装配的设计)一体化全流程设计和智能制造的方式,实现高品质学校教学楼建筑建造。实现“两提两减”(提高质量、提高效率、降低消耗、降低成本)和“快、好、省”的目标,进一步促进模块化建筑在学校建筑中的高质量应用。

模块化钢结构体系在低多层建筑中的应用研究

为探究未来模块化钢结构建筑体系的发展方向,本文对国内外模块化钢结构建筑的应用场景和发展历程进行调研分析,分析国内外模块化钢结构体系形式和研究现状,总结模块化钢结构体系发展趋势。研究结果表明:模块化钢结构体系在住宅、变电站等低多层建筑中应用前景广阔,主要结构体系包括集装箱结构体系和轻钢结构体系。其中集装箱建筑箱体间的组合方式多样,箱体之间通过角件进行连接,目前对单个集装箱抗侧刚度、承载力和集装箱体系设计进行了系统研究。轻钢框架结构体系的研究主要集中在节点连接,模块间连接节点形式包括螺栓连接、自锁式连接、焊接及栓焊组合连接、插入式连接等。因为当前所选取的节点大多数应用于边柱和角柱之间的连接,可用于高层模块化建筑的节点较少,因此新型高效模块化钢结构连接节点的研发仍然十分迫切。承重保温装饰一体化墙板、可折叠可拆卸模块化钢结构建筑和近零能耗模块化建筑等是国内低多层模块化钢结构建筑的主要发展方向。

柱承重式钢结构模块建筑抗震性能试验研究

柱承重式钢结构模块建筑是将工厂预制完成的模块单元在现场进行拼接组装的一种新型结构体系,其建造方式及结构组成不同于传统钢结构,目前尚缺乏结构层次的抗震性能研究.本文基于角件旋转式单元间连接节点,完成了双层足尺柱承重式模块框架结构低周往复加载试验,得到了该结构的承载性能、破坏模式及应变分布.试验结果表明结构具有较好的滞回性能,当结构中下层模块框架在达到0.04 rad层间位移角时仍保持较高的承载能力,满足美国现行规范AISC 341-16中特殊抗弯框架的延性要求;下层框架地板梁右端最终发生贯通断裂破坏,而左端在盖板外翼缘上形成明显塑性铰;角件旋转式连接节点尽管出现一定程度的张开但可以有效地传递内力未发生破坏.当下层框架内部梁柱节点破坏后,继续进行推覆试验,单元间连接节点张开量随之增加,停止试验时承载力已超出结构发生破坏后的荷载,表明结构具有一定的残余承载性能,同时模块结构在单元内部节点发生破坏后连接区域处内力会重新分布,此时对于单元间连接节点性能应予以重视.